Gidrotaran.
O pompă hidraulică este o pompă bazată pe fenomenul șocului hidraulic. Principiul pompei este după cum urmează.
Apa curge prin gravitație a lungul țevii înclinată și curge liber prin supapa 1. Dacă închide brusc valva, apa având o energie cinetică de mișcare, se va petrece energia lor la apă la compresiune și extinderea pereții tubului. La momentul inițial de presiune crescută va apărea la capătul țevii la supapă 1. Apoi, zona sub presiune se va extinde la partea superioară a tubului cu skrorostyu C. După intervalul de timp t, este egal cu
Valul de șoc va veni la începutul țevii și toată apa din țeavă se va opri. De acum încolo, apa comprimată de la începutul țevii se va extinde. Începutul țevii este deschis. Presiunea va scădea, iar la capătul țevii, la supapa 1, va trece un salt de presiune redusă. Apoi, aceste procese se vor repeta. În conductă vor fi oscilații amortizate. Am examinat procesele într-o conductă cu o supapă.
In gidrotarane valva 2, care se deschide atunci când presiunea din conductă și fluxul de lichid trece prin supapa de inerție 2 într-o baterie de aer în picioare. De la acumulator de aer se lasă o conductă de apă, care dă apă la rezervorul de stocare până la înălțimea h2. Presiunea din baterie la vana de timp 2 este deschisă este egală cu presiunea coloanei de lichid din conducta de apă. Presiunea în conducta principală trebuie să fie mai mare decât presiunea coloanei de lichid din conducta de apă. În caz contrar, apa din baterie nu va dispărea. salt presiune mai mică în mărime decât în cazul de mai sus, se extinde în partea superioară a tubului cu aceeași viteză S. Apoi, capătul țevii la ventilul 2 va rula descărcare val. Valva 2 se închide, supapa 1 se deschide și apa, accelerată în conductă la viteza nominală, blochează supapa 1 și procesul se repetă.
Presiunea din conducta principală în timpul ciocanului depășește cu mult presiunea atmosferică. Prin urmare, o pompă care utilizează fenomenul de impact hidraulic ridică apa la o înălțime mult mai mare decât diferența de altitudine din conducta principală. Hydrotaran are un apel pentru simplitatea sa. Nu are nevoie de electricitate, nu are părți rotative. O conductă cu două supape, alimentate dintr-un curs de apă sau așezate pe fundul unui râu. Ce ar putea fi mai ușor?
Rolul acumulatorului de aer este că apa trece prin supapa 2 mai întâi la rezervorul situat direct pe țeavă. Fără un acumulator de aer, o coloană staționară de apă ar împiedica trecerea apei din conductă într-o conductă verticală de apă. Pentru a dispersa această coloană de apă ar lua timp, care crește odată cu creșterea înălțimii creșterii, astfel încât productivitatea instalației ar fi redusă drastic. În plus, clopotul de aer atenuează semnificativ sarcinile de presiune, ceea ce permite utilizarea țevilor cu o grosime mai mică a peretelui.
Teoria impactului hidraulic a fost dezvoltată de NE, Zhukovski, chiar "tatăl aviației rusești", așa cum la numit VI. Lenin. După o serie de rupturi de țevi incomprehensibile pe conducta de apă din Moscova la începutul acestui secol, el a investigat această problemă și a derivat formulele calculate. Pompa de principiu ciocan de apă pentru, a fost inventat mult mai devreme și a fost utilizat pe scară largă datorită simplității sale, dar explicația proceselor și o abordare inteligentă pentru proiectarea acestor dispozitive a început să fie utilizate după cercetarea Zhukovsky.
Creșterea presiunii în conductă este egală cu
# 961 - densitatea lichidului;
v este viteza lichidului din conductă;
c este viteza de propagare a undei de șoc;
E1 este modulul de elasticitate a fluidului;
E2 - modul de elasticitate al pereților conductei;
D1 - diametrul interior al țevii;
b este grosimea pereților conductei.
Module de elasticitate a diferitelor materiale
apă - 2,9 g / m2;
fontă - 1,10 11 N / m 2;
oțel - 2,10 11 N / m 2;
cupru - 1,23 · 10 11 N / m 2;
aluminiu 0,71 · 10 11 N / m 2;
polistiren 0,032 · 10 11 N / m2;
sticlă 0,7 · 10 11 N / m 2;
Dacă se calculează valorile lui C pentru țevile obișnuite cu un raport al diametrului cu grosimea peretelui egal cu 12,5, atunci viteza de propagare a undelor de șoc va fi următoarea
Tevi de oțel 1333 m / s
Conducte duraluminice 1221 m / s
Țevile din plastic sunt de 476 m / s.
Dacă grosimea pereților este foarte mare, atunci C se apropie de limita posibilă de 1414 m / s.
Lungimea țevii nu este inclusă în formula de presiune. Țevile lungi și țevile scurte vor funcționa teoretic la fel. Tuburile scurte vor avea doar un ciclu de lucru mai scurt. În practică, acest lucru nu este în întregime adevărat. Formula de presiune este derivată presupunând că supapa 1 este declanșată instantaneu. Dacă timpul de răspuns al supapei este limitat, presiunea crește treptat pe măsură ce supapa se închide. Timpul de închidere maxim admisibil este de 2 l / c, adică timpul de trecere al saltului de presiune la capătul conductei și în spate. În practică, timpul de închidere al supapei ar trebui să fie semnificativ mai mic decât perioada de oscilații din sistem.
Supapele au ceva timp să funcționeze. În conductele lungi și scurte, timpul de răspuns al valvei 1 va fi același. În conductele scurte, timpul de răspuns va fi o proporție mai mare din perioada de lucru decât în cele lungi. Din acest motiv, presiunea în conductele scurte va fi mai mică, prin urmare conductele scurte vor funcționa mai puțin eficient.
Pentru construirea de centrale compacte, cu costuri reduse este necesar să se rezolve problema supapelor de mare viteză.
Cerința de viteză se referă și la vane ale acumulatorului de aer. Pentru a trece apa, supapa 2 trebuie să fie ridicată deasupra scaunului. Prin reducerea presiunii cade înapoi și apa conținută în spațiul cursei verticale a supapei este forțată de la baterie în jos, în tub. Cu tuburi ciclu scurt de timp poate fi atât de mic încât supapa va avea timp să se ridice și să cadă, iar apa intră în bateria nu va fi deloc. Prin urmare, o supapă cu plăci simplu ieftine necesită o creștere multiplă a lungimii țevii. Supapa de la intrarea în acumulator nu poate fi utilizată. Trebuie să ne gândim la inventatori.
Viteza debitului de apă în țeavă depinde de panta, secțiunea transversală și diametrul acesteia
Pentru țevi cu un diametru mai mic de 100 mm
Pentru țevi cu diametrul mai mare de 100 mm
Acum ne putem evalua deja perspectivele. Panta care poate fi obținută de la pârâu este cunoscută. Este ușor de măsurat. Panta râului este mai dificil de măsurat. E foarte mic. Puteți utiliza o estimare brută. Să presupunem că amplasarea pompei are o adâncime de 1,1 metri și un debit de 0,4 m / s. Țeava va avea un diametru interior de 0,12 metri. Diametrul echivalent al râului va fi egal cu adâncimea râului. Este mai mare decât diametrul conductei în 1,1 / 0,12 = 9,2 ori. Rădăcina de cub de 9.2 este 2.1. Apa din țeavă va fi încetinită de atâtea ori. Viteza de apă în conductă va fi de aproximativ 0,2 m / s. Săriturile de presiune în conducta de oțel vor fi de 266.000 Pa, în plasticul de 95.000 Pa. Pentru a ridica un metru de înălțime, este necesară o presiune de 10.000 Pa. Luând în considerare pierderile inevitabile, țeavă de oțel va oferi un lift de apă undeva 13 metri, plastic - 5 metri.
Aici trebuie făcută o remarcă. Panta, despre care vorbim, este panta apei fluviului. Dacă am pus țeava sub supapa de apă de pe partea inferioară 1 și începutul conductei se ridica la suprafata, panta geometrică a creșterii și hidraulice - nr.
Rata mișcării apei scade nesemnificativ odată cu scufundarea și numai la partea inferioară scade brusc. Prin urmare, conducta nu poate fi așezată în partea inferioară. Vor fi pierderi foarte mari.
Fluxul de apă, adică Cantitatea de metri cubi de apă care curge pe secundă prin conductă este egală cu
Intrând în acumulatorul de aer, apa își petrece o parte din energia sa pentru a depăși presiunea aerului, egală cu presiunea coloanei de lichid. Prin urmare, viteza sa încetinește.
Pentru exemplul numeric considerat mai sus, cu o țeavă de oțel în râu și o înălțime de ridicare de 13 metri, v1 = 0,084 m / s. Debitul de apă în acumulator într-un singur ciclu este egal cu
Cu o lungime a conductei de 10 metri, doar 14 grame. Acest lucru nu este surprinzător, pentru că durata unei perioade este de 2L / s = 0,015 s. În plus, este nevoie de ceva timp pentru a deschide o supapă, timpul necesar pentru accelerarea apei. Sloping țeavă h1 / L este foarte mică de 0,005, astfel încât accelerația va fi, de asemenea, foarte mică, și timpul de accelerare t = v / 0,005g = 4 secunde. Performanța hidrotaranților va fi de 3,5 g / s sau 302 litri pe zi. Cantitatea de apă care a trecut prin conducta principală va fi de 140 de ori mai mare.
Teoretic, există oa treia cale. Așezați suportul capului la intrarea în țeavă cu 5 cm și tăiați lungimea țevii de zece ori, până la 1 metru. Atunci părtinirea va crește de 10 ori. Aproximativ aceeași creștere a productivității. Dar totul depinde de viteza supapelor. În conducta de 10 metri lungime, factura a mers la sute de secunde, într-o conductă de un metru lungă, factura va merge - pentru a 1000-a.
Calculul performanței a relevat o altă complexitate. Durata presiunii ridicate este de 0,015 s, iar apa se deplasează în acumulatorul de aer cu o viteză de 0,084 m / s. În consecință, apa va avea doar o traiectorie de 1,3 mm. Această cifră explică eșecurile auto-constructorilor care încearcă să construiască un hidrotarant la înclinații mici, diametre mici, lungimi mici ale țevilor. În primul rând, supapa 1 trebuie să fie rigidă. În cazul în care se îndoaie la 1,3 mm, atunci acesta va prelua întregul flux și nici un flux de apă în baterie. Chiar și o deformare de 0,13 mm înseamnă o scădere a productivității cu 10%. În al doilea rând, dacă supapa 2 este ridicată cu 1,3 mm, spațiul inelar rezultat va fi de 23 de ori mai mic decât suprafața tubului. Aceasta înseamnă că apa trebuie să fie de 23 de ori mai rapidă pentru a trece în baterie. Vom folosi puțină energie pentru overclocking. Numai 1%. Esența aici este diferită. În cazul în care vana a crescut cu 1,3 mm, atunci apa nu trebuie să meargă în baterie, apa a făcut drumul său. Apa în timpul hidraulicului trece doar pe calea de 1,3 mm. Prin urmare, supapa va cădea în poziție, împinge apa în conducta de evacuare, iar capacitatea pompei va fi zero. Valva în sine trebuie să fie imobila și numai o bandă îngustă (numărătoarea se duce la milimetri) de-a lungul perimetrului supapei ar trebui să fie flexibilă. Și perimetrul în sine nu ar fi mărit prin mărirea diametrului valvei sau făcând supapa "multi-etaje".
Apa care se deplasează prin conductă trebuie să continue să se miște liber în acumulatorul de aer. Prin urmare, secțiunea transversală a orificiului de admisie trebuie să fie egală cu secțiunea tubului. Pe măsură ce apa ajunge, aerul este stors, presiunea crescândă. Dacă presiunea aerului depășește presiunea maximă posibilă în conducta, apa din aer nu va intra bateria. Prin urmare, volumul aerului trebuie să fie suficient
Acest volum calculat de aer comprimat deja coloana de apă în apă, iar volumul inițial de aer într-un gidrotarane uscat, adică Capacitatea acumulatorului de aer deasupra supapei 2 nu trebuie să fie mai mică de
g - accelerarea gravitației;
p0 - presiunea atmosferică 101000 Pa;
# 961 - densitatea apei.
Conducta de apă trebuie să aibă o secțiune suficientă pentru a nu limita capacitatea instalației. Presiunea necesară pentru a forța apa prin țeavă este egală cu
Ar trebui să fie o mică parte a presiunii din conducta principală. Timpul ciclului și masa de apă pompată pe parcursul ciclului nu pot fi calculate cu exactitate. Prin urmare, conducta de apă va trebui să fie determinată după producerea hidrotarului și determinarea productivității acestuia. De fapt, nu este necesar să se măsoare timpul ciclului. Puteți măsura masa de apă primită pentru un timp arbitrar. Fracția m / tc nu se schimbă de la aceasta.
Aici pe scurt și toate relațiile de bază care trebuie cunoscute pentru a armoniza caracteristicile elementelor individuale ale instalației. În hidrotar, parametrii părților individuale trebuie să corespundă unul cu celălalt. Prin urmare, auto-lucrătorii se plâng de eșec.
În argumentele dvs. aveți absolut dreptate, cu câteva excepții.
1. Pentru a obține timpul de răspuns minim, supapa de suprapunere este instalată la un unghi de 45 de grade față de debit. Secțiunea transversală de lucru ar trebui să fie într-adevăr egală cu secțiunea transversală a tubului de accelerare. Valva este declanșată de un elevator hidrodinamic.
2. Supapa de lucru a bateriei trebuie să fie cât mai mare posibil, cu o curgere minimă. Această condiție este satisfăcută de valve care seamănă cu crengi de pește.
3. Practica a arătat că lungimea tubului de accelerare depinde în mare măsură de performanța pompei.
4. există încă o lipsă de RAM - baterie de aer este solubil în apă și, prin urmare, este necesar să se ia măsuri pentru reconstituirea acestuia.
5. Pompa corect executată practic nu bate. Este necesar să se ia măsuri pentru atenuarea impactului supapelor asupra limitatoarelor.
6. Ciclonul deschis la intrare aproape împiedică peștele să pătrundă în țeavă. Într-o stare de nefuncționare, racii le place să se așeze în crabi și apoi să zboare din conductă. Se întâmplă.
7. Deflectorul de pe supapa de accelerare mărește eficiența berbecului chiar pe înclinări mici.
8. Parametrii dat de dvs. sunt absolut valabili pentru configurația clasică a rampei, dar nu sunt maximi.
Voi adăuga că gândul de dizolvare a aerului în apă nu a venit nici măcar în minte. Poate fi rezolvată printr-o membrană flexibilă sau prin plasarea unei mingi umflate într-o airbag.